【文章內(nèi)容簡介】 3。2424 24結(jié)論26參考文獻(xiàn)27 前 言本課題研究數(shù)控激光切割機部件的機械結(jié)構(gòu)和單片機數(shù)控系統(tǒng)。本次設(shè)計任務(wù)是數(shù)控激光切割機XY工作臺部件及其單片機控制設(shè)計。激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計數(shù)控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。下面是我國激光切割機的發(fā)展歷史：1994年湖南大學(xué)激光研究所研制成功國內(nèi)第一臺析架式折疊準(zhǔn)封離型切割與焊接激光器，并獲得國家發(fā)明專利。每臺設(shè)備的售價只有國外產(chǎn)品的1/2.2003年3月，中科院長春光機與物理研究所研制的“數(shù)控激光管材加工設(shè)備”，改變了我國石油行業(yè)依賴進(jìn)口設(shè)備加工管材的局面。這標(biāo)志著我國制造先進(jìn)裝備的能力已達(dá)到國際先進(jìn)水平。濟(jì)南鑄鍛所數(shù)控機械公司開發(fā)制造出國產(chǎn)第一臺LC218*30型交換式雙工作臺雙邊驅(qū)動數(shù)控精密激光切割機。在設(shè)計上突破了兩項關(guān)鍵技術(shù)，一是解決了軸雙邊驅(qū)動時兩個電極的同步問題，二是解決了升降工作臺8個氣缸的同步問題。2004年9月，華工科技成功推出第一臺國產(chǎn)化高性能激光切割機。日本目前已擁有CO2激光加工機2萬臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割機設(shè)備。日本自1995年以來，年生產(chǎn)激光加工機已超過500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。全球的高功率數(shù)控激光切割成套設(shè)備累計擁有量達(dá)35000臺（套）左右，而我國目前高功率數(shù)控激光切割成套設(shè)備的擁有量為1500臺左右。國產(chǎn)數(shù)控激光切割機的主要特點是：價格較低，約是進(jìn)口價格的1/3，激光器功率較低。與國外機相比表現(xiàn)為切縫寬，表面質(zhì)量、機械精度、整機的穩(wěn)定性、柔性較差，但具有價格方面的優(yōu)勢。2007年國內(nèi)大型激光切割設(shè)備的銷售額達(dá)到15億元，在中低端產(chǎn)品方面基本占領(lǐng)國內(nèi)市場，并有部分產(chǎn)品出口。但與美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家相比，我國的激光切割設(shè)備仍然停留在低端產(chǎn)品階段，而且高功率激光器、激光專用控制系統(tǒng)、激光光束傳輸控制、激光切割專有技術(shù)等絕大部分核心技術(shù)還依賴進(jìn)口。在高端激光切割系統(tǒng)領(lǐng)域，我國與國際先進(jìn)水平存在較大差距，產(chǎn)品基本依賴進(jìn)口，每年不得不花費數(shù)十億元從國外引進(jìn)相關(guān)技術(shù)與設(shè)備。如船舶制造業(yè)中厚鋼板的激光切割設(shè)備、三維立體激光切割設(shè)備、有色金屬激光切割設(shè)備等，引進(jìn)價格昂貴、訂貨周期長、售后服務(wù)無法及時保證，嚴(yán)重制約了我圍困民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。并且由于國外在該領(lǐng)域出口對我國有明確的限制，采用許可證制度，嚴(yán)格規(guī)定該項技術(shù)不能用于軍工、航空航天等領(lǐng)域，因此我國急需突破該項技術(shù)。選題意義：高速、高精度激光切割機由于大功率激光器光束模式的改善及32位微機的應(yīng)用，為激光切割設(shè)備的高速、高精度創(chuàng)造了有利條件。 厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機隨著可用于激光切割激光器功率的增大，激光切割正從輕工業(yè)薄板的鈑金加工向著重工業(yè)厚板切割方向發(fā)展。 三維立體多軸數(shù)控激光切割機，為了滿足汽車、航空等工業(yè)的立體工件切割的需要，目前已發(fā)展了各種各樣的五軸或六軸三維激光切割機，數(shù)控軸數(shù)達(dá)到九軸，加工速度快，精度高。在先進(jìn)國家的汽車生產(chǎn)線上，激光切割機器人的應(yīng)用愈來愈多。激光切割單元自動化和無人化為了提高生產(chǎn)率和節(jié)省勞動力，目前激光切割正向著激光切割單元（FMC）和無人化、自動化方向發(fā)展。發(fā)展這種單元自動化系統(tǒng)，必須依賴于現(xiàn)金的自動控制、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及計算機生產(chǎn)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)等。國外已有各種各樣的激光切割單元可供應(yīng)市場，并有由6臺大型激光切割機為核心組成的無人化的切割生產(chǎn)線在工廠運行。 緊湊型和組合一體化數(shù)控激光切割機隨著激光器提及的縮小和功率的增大，以及輔助裝置的不斷完善，出現(xiàn)了把激光器、電源、主機、控制系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)裝置等緊密地組合在一起，形成占地面積小、功能完善的整套緊湊型激光切割機。此外，激光切割技術(shù)正與激光焊接、激光表面淬火等激光加工工藝組合，以發(fā)展一機多用，進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率。、本課題的原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求：工作臺寬度（mm）： 900工作臺長度（mm）： 1100工作臺行程（mm）： 縱向：450 橫向：320工作臺及夾具工件重量（N）： 縱向：2500 橫向：3500 工作臺快移速度（m/min）： 縱向： 橫向： 進(jìn)給速度（m/min）： 縱向： 橫向：最小分辨率 （mm）： 縱向： 橫向： 定位精度（mm）： 主電機功率（KW）： 起動加速時間（ms）： 30：1）CNC系統(tǒng)的主CPU采用8031單片機。2）兩個坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既查采用步進(jìn)電機驅(qū)動也可用直流或交流伺服電機驅(qū)動。3）所編的零件加工程序應(yīng)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。既可用手工也可用UG等軟件編程。4）所繪制的機械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。5）所編寫的軟件應(yīng)在計算機上進(jìn)行匯編和通訊等。6）說明書應(yīng)簡明扼要、計算準(zhǔn)確、條理清楚、圖文并茂并全部用計算機打印后裝訂成冊、本課題的研究內(nèi)容及設(shè)計方案：1）兩個坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械傳動機構(gòu)的設(shè)計和計算。2）CNC系統(tǒng)硬件電路原理圖的設(shè)計。3）軸類零件工作圖的設(shè)計。4）用計算機進(jìn)行軸類零件加工程序的編制。5）典型軟件的設(shè)計。:：參考數(shù)控激光切割機相關(guān)資料及設(shè)計要求，確定總體設(shè)計方案如下：采用8031單片機，單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好。由I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進(jìn)電機，經(jīng)齒輪機構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)進(jìn)給。第二章 機械工作臺XY部件的計算與選型脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)?！痵tep。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求確定脈沖當(dāng)量： 縱向選用：／step 橫向選用：／step XY工作臺部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因激光切割機床為激光加工，其激光器與工件之間不直接接觸，因此可以認(rèn)為加工過程中沒有外力負(fù)載作用，其切削力為0。XY工作臺部件有工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成，各自之間均以滾珠直線導(dǎo)軌副相聯(lián)，已保證相對運動精度。 滾珠絲杠螺母副的計算和選型縱向進(jìn)給絲桿因為X向的滾珠絲桿比Y向的滾珠絲桿所受的負(fù)載大，現(xiàn)只計算X向絲桿的相關(guān)數(shù)據(jù)，Y向根據(jù)X向的結(jié)果相同選用即可滿足要求。橫向： 由上所知：其切屑力為0，則都為零。已知縱向工作臺及夾具工件重量G=2500N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，查《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表329，取顛覆力矩影響系數(shù)K=，滾動導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)μ=。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm=KFx+μ(Fz +G)=10 N已知進(jìn)給速度V=1000㎜/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=4㎜，則絲杠轉(zhuǎn)速n=V/Ph=250r/min取滾動絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106得絲杠壽命系數(shù)L0=6020015000/106=225（單位：106r）。查《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表330，取載荷系數(shù)fW=,滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)fH=,代入式FQ=。 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表331，選擇G系列16043型滾珠絲副為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為16㎜，導(dǎo)程為4㎜，循環(huán)滾珠為3圈1列，精度等級取2級，額定動載荷為4612N，大于FQ，滿足要求。 將公稱直`徑d0=16㎜，導(dǎo)程Ph=4㎜，代人λ=arctan[Ph/(πd0)]，得絲杠螺旋升角λ=4176。33180。將摩擦角φ=10180。，代入η=tanλ/tan(λ+φ)，得傳動效率 η=%。XY工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承采用“單推單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對推力球接觸球軸承，面對面配合，左、右支承的中心距離約為L=900㎜；鋼的彈性模量E=105MPa；查表331，得滾珠直徑Dw=㎜，絲杠低徑=㎜。絲桿的拉伸或壓縮變形量δ1=10N, =㎜, Dw=㎜, d0=16㎜杠截面積S=πd22/4=由公式的絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量δ1=Fm L/(ES)=[10900/(105)]≈0. 0053㎜。2 、 滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2 根據(jù)公式Z=（πd0/Dw）3,求得單圈滾珠數(shù)Z=18；該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為31，代入公式：Z總=54。絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3=。由式327求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2== 因為絲杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以變形量可減小一半，取δ2=㎜將以上算出得δ1 和 δ2代入δ總=δ1+δ2，求得絲杠變形量δ總=+=。由表327知，5級精度滾珠絲杠有效行程在400～500㎜時，行程偏差允許達(dá)到10um，可見剛度足夠。 根據(jù)公式328計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查表334取支承系數(shù)fk=1；由絲杠低徑d2=㎜，求得界面慣性矩I=πd24/64≈㎜`4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離L取最大值900㎜。代入公式Fk= =。 遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=10N，故絲杠不會失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。 名稱符號1604316043 螺